Электронный регулятор сварочного тока. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Сварочное оборудование

 Комментарии к статье

Автор предлагаемой статьи делится опытом создания электронного регулятора сварочного тока (ЭРСТ) для многопостовой электросварки. Фирмы, специализирующиеся в области сварочного оборудования, выпускают сегодня ЭРСТ нескольких моделей. Но стоимость их такова, что порой ставит под сомнение экономическую эффективность применения этих устройств. Например, ЭРСТ Multi-Weld 350 фирмы Lincoln Electric стоит более 3000 долл. США. Предлагаемый прибор значительно дешевле аналогов, а благодаря близкому к 100 % КПД он даже при односменной работе окупится в течение года только за счет экономии электроэнергии. Предусмотренная в нем возможность подбирать оптимальную для выполняемой работы нагрузочную характеристику обеспечивает наилучшее качество сварочного шва, практически устраняет разбрызгивание металла. При наличии понижающего трансформатора и выпрямителя достаточной мощности ЭРСТ может стать и основой сварочного аппарата для домашней мастерской.

На тех промышленных предприятиях, где электросварка занимает в технологическом цикле одно из главных мест (например, на судостроительных и судоремонтных заводах), традиционно используют многопостовую сварку. Несколько сварочных рабочих мест (постов) питают от одного мощного источника постоянного или переменного тока напряжением 50...80 В. Относительной независимости работы постов достигают тем, что каждый из них подключен к источнику через индивидуальный балластный реостат, служащий для получения необходимой для сварки крутопадающей нагрузочной характеристики и регулирования сварочного тока. Достоинства такой организации сварочных работ - простота, безопасность, экономия производственной площади и оборудования. К сожалению, общий КПД системы не превышает 30...50 %, потому что значительную часть энергии реостаты рассеивают в виде тепла.

Достижения современной электроники позволяют изготовить ЭРСТ - функциональный аналог балластного реостата с улучшенными эксплуатационными характеристиками и КПД, близким к 100 %, Это не только экономит электроэнергию, но и позволяет подключать к одному источнику тока значительно больше сварочных постов, не превышая его нагрузочной способности.

Обычный сварочный трансформатор предназначен только для сварки определенного вида (ручной, полуавтоматической, автоматической, с плавящимся электродом, с неплавящимся электродом). Созданию универсального источника до недавнего времени препятствовало то, что его внешнюю характеристику определяла в основном конструкция трансформатора. Чтобы получить жесткую нагрузочную характеристику, обмотки трансформатора делают цилиндрическими, а падающую - дисковыми. Некоторой гибкости удавалось достичь, применяя магнитные усилители и трансформаторы специальной конструкции (с магнитным шунтом), но за это приходилось платить значительным увеличением массы и габаритов источников. В электронном сварочном источнике нагрузочную характеристику любого требуемого вида формируют не параметрически, а за счет обратной связи по напряжению и току нагрузки.

КПД предлагаемого ЭРСТ - не менее 92 %. Он работает при напряжении первичного источника 50...80 В и позволяет вести непрерывную сварку током 10...315 А. Допускается кратковременное увеличение сварочного тока до 350 А. Предусмотрена оперативная регулировка наклона нагрузочной характеристики от крутопадающей до жесткой. Это делает ЭРСТ пригодным как для ручной, так и для полуавтоматической сварки. Прибор снабжен защитой от неправильной полярности питающего напряжения, его чрезмерного повышения и понижения, от перегрузки по току и от перегрева, что гарантирует надежную работу в производственных условиях.

Работа ЭРСТ основана на преобразовании с помощью полупроводникового прерывателя постоянного входного напряжения в импульсное регулируемой скважности с последующей фильтрацией - выделением постоянной составляющей импульсов. Благодаря тому что полевые транзисторы прерывателя в открытом состоянии имеют очень малое, а в закрытом - очень большое сопротивление, рассеиваемая на них мощность сравнительно невелика.

Схема ЭРСТ изображена на рис. 1. Зажим Х1 соединяют с плюсом первичного источника. Его минус и зажим ХЗ соединяют со свариваемой деталью, играющей роль общего провода. Держатель сварочного электрода подключают к зажиму Х2.

(нажмите для увеличения)

Конденсаторы С1, С2 и C3-С22 устраняют влияние на работу ЭРСТ выходного сопротивления источника и индуктивности соединительных проводов. Сразу после подачи на ЭРСТ напряжения эти конденсаторы начинают заряжаться через ограничительный резистор R2 и находящийся в блоке зарядки и контроля напряжения питания (А2) диод. Когда конденсаторы заряжены полностью и при условии, что напряжение между зажимами Х1 и ХЗ в норме (50...80 В), зажигается светодиод HL1 "Готов", а внутри блока А2 срабатывает реле, замыкая контакты, подающие напряжение в цепь включения ЭРСТ.

Для включения достаточно нажать на кнопку SB1 "Пуск". Сработавший контактор КМ1 зашунтирует кнопку контактами КМ 1.1. Через замкнувшиеся силовые контакты KM1.2 напряжение источника поступит на конденсаторы С1 - С22, минуя зарядную цепь. Благодаря резистору Р1 контактор KM1 останется сработавшим (а ЭРСТ включенным) до нажатия на кнопку SB2 "Стоп". Если входное напряжение выйдет за допустимые пределы в процессе работы ЭРСТ, он будет выключен разомкнувшимися контактами реле блока А2.

Во включенном ЭРСТ заработает блок питания А1. Он служит для получения гальванически развязанных напряжений, необходимых для питания блоков A3 и А4. Кроме того, блок А1 формирует трехфазное напряжение 220 В 50 Гц для вентиляторов М1 и М2, обдувающих теплоотводы мощных полупроводниковых приборов.

Главный функциональный узел ЭРСТ - понижающий преобразователь напряжения - состоит из коммутирующего транзистора (батареи полевых транзисторов VT1- VT20), разрядного диода (VD9-VD48, соединенных параллельно) и сглаживающего фильтра (дросселя L1, батареи конденсаторов С27-C36). Тем, кто желает подробнее разобраться в работе преобразователя, можно порекомендовать воспользоваться литературой [1, 2].

Полевые транзисторы с изолированным затвором обладают положительным температурным коэффициентом сопротивления открытого канала. Это обстоятельство благоприятствует равномерному распределению токовой нагрузки между транзисторами, позволяя соединять их параллельно. Резисторы R3-Р.22 подавляют паразитные колебания управляющего напряжения.

Для диодов КД213Б, образующих разрядный диод преобразователя, характерно довольно большое время восстановления обратного сопротивления. Иногда к моменту открывания коммутатора они не успевают полностью закрыться. Во избежание нежелательных последствий транзисторы и диоды разделены обмоткой I трансформатора Т1, индуктивность которой (1,7 мкГн) ограничивает скорость нарастания "сквозного" тока, не позволяя ему достичь опасного значения. После полного закрывания разрядного диода энергия, накопленная в магнитном поле трансформатора, возвратится в источник питания - импульс, наведенный в обмотке II трансформатора, подзарядит конденсаторы С1 и С2 через диод VD8. А при резком сбросе нагрузки ЭРСТ батарея диодов VD49-VD54 обеспечит рекуперацию (возврат в источник) энергии, накопленной в магнитном поле дросселя L1.

Блок А4 измеряет выходные ток и напряжение ЭРСТ и генерирует управляющие импульсы, изменяя их скважность таким образом, чтобы обеспечить заданную органами управления "Наклон" и "Уровень" форму нагрузочной характеристики ЭРСТ. Эти импульсы через блок A3, усиливающий их по мощности, поступают на затвор коммутирующего транзистора (VT1-VT20). Кроме того, блок A3 содержит узлы защиты, запрещающие открывание коммутирующего транзистора до окончания цикла рекуперации трансформатора Т1 и в случае перегрева. О нем сигнализирует светодиод HL2.

Конденсаторы С1 и С2 - оксидные K50-18, остальные - пленочные K73-17. Резисторы R1, R2 - ПЭВ-25, R3-R32 - МЛТ указанной на схеме мощности. Резистор R33 - унифицированный внешний шунт 75ШИСВ-500 к амперметру на 500 А. Подойдут и шунты других типов, рассчитанные на указанный ток, с падением напряжения при номинальном токе - 75 мВ. В цепь протекания сварочного тока включают мощные выводы шунта, снабженные болтами большого диаметра. Провода всех других цепей подключают к измерительным выводам с болтами меньшего диаметра.

Транзисторы VT1-VT20 и диоды VD9-VD48 установлены на двух теплоотводах, площадь активной поверхности каждого из которых - 3400 см2. Вентиляторы М1 и М2 - 1,25ЭВ-2,8-6-3270У4 суммарной производительностью 560 м3/ч обдувают теплоотводы. В воздушном потоке, создаваемом вентиляторами, находятся и резисторы R23-R32, рассеивающие значительную мощность.

Контактор KM1 взят из осциллятора LHF-500 фирмы KEMPPI. Его обмотка перемотана на напряжение 50 В (оригинальная рассчитана на 24 В). Можно использовать другой контактор (например, из числа используемых в электрокарах), способный коммутировать постоянный ток не менее 200 А. В крайнем случае подойдет унифицированный электромагнитный пускатель четвертой или пятой величины, все группы силовых контактов которого соединяют параллельно.

Выбрав контактор, необходимо измерить напряжение постоянного тока Uc, при котором он срабатывает. Если оно значительно ниже 50 В или больше этого значения, обмотку контактора придется перемотать. Удаляя имеющуюся обмотку, подсчитывают число ее витков w, и измеряют диаметр провода d. Новые значения вычисляют по формулам:

Трансформатор Т1 намотан на П-образном магнитопроводе из феррита М2000НМ от строчного трансформатора ТВС110АМ (ТВС110ЛА) лампового телевизора серии УНТ47/59. В каждый из стыков магнитопровода вставлены немагнитные прокладки толщиной 3 мм. Первичная обмотка - два витка жгута из 236-ти эмалированных проводов диаметром 0,55 мм. Вторичная обмотка - 16 витков жгута из десяти таких же проводов. Чтобы обеспечить максимальную связь между обмотками, вторичную располагают в объеме первичной. Для предотвращения межвитковых или межобмоточных замыканий жгут проводов вторичной обмотки перед намоткой нужно защитить лентой из лакоткани или фторопластовой пленкой.

Магнитопровод дросселя L1 - Ш32х80 из листовой трансформаторной стали толщиной 0,35 мм. Обмотка дросселя - восемь витков жгута из 330 эмалированных проводов диаметром 0,55 мм. Магнитопровод собирают встык. В его зазор вставляют немагнитную прокладку толщиной 1,6... 1,7 мм.

БЛОК А1

Структурная схема блока питания ЭРСТ показана на рис. 2. Нестабилизированное входное напряжение через узел защиты поступает на линейный стабилизатор, питающий напряжением 15 В все маломощные узлы блока, и на импульсный стабилизатор, постоянное напряжение 36 В с выхода которого полумостовой инвертор преобразует в переменное частотой приблизительно 12,5 кГц. Упомянутый выше узел защиты отключит блок, если в результате неисправности или сбоя выходное напряжение импульсного стабилизатора превысит допустимое значение."

Питание полумостового инвертора стабилизированным напряжением обеспечивает групповую стабилизацию напряжения на вторичных обмотках трансформатора Т1. Изолированные от общего провода ЭРСТ и друг от друга выпрямители 1 и 2 питают блоки А4 и A3. Трехфазный инвертор преобразует постоянное напряжение 270 В с выхода выпрямителя 3 в переменное трехфазное 220 В, 50 Гц для питания вентиляторов, обдувающих теплоотводы мощных полупроводниковых приборов ЭРСТ.

Прототипом мощной ступени импульсного стабилизатора напряжения послужил узел, примененный в [3]. Его упрощенная схема показана на рис. 3. Управляющие импульсы положительной полярности поступают на базу транзистора VT2. В паузах между ними этот транзистор закрыт и к участку затвор-исток транзистора VT1 через резистор R3 приложено в открывающей полярности напряжение конденсатора С2, заряженного во время предшествующего паузе импульса. Транзистор VT1 открыт, и текущий через его канал и дроссель L1 нарастающий ток заряжает конденсатор ёC3. Накопленная конденсатором С2 энергия частично расходуется на зарядку емкости затвор-исток транзистора VT1. Диод VD1 нужен для предотвращения разрядки конденсатора С2 через транзистор VT1.

Открытый управляющим импульсом транзистор VT2 соединяет с общим проводом затвор транзистора VT1. Последний закрывается, а ток дросселя L1, спадая, продолжает течь через открывшийся диод VD2. Напряжение на истоке транзистора VT1 и на правой (по схеме) обкладке конденсатора С2 в этом состоянии равно прямому падению напряжения на диоде VD2, отрицательному относительно общего провода. По цепи VD1R2 конденсатор С2 заряжается.

Для управления полевыми и биполярными транзисторами однотактных и двухтактных инверторов имеется множество микросхем. Но обычно их выходные сигналы "привязаны" к потенциалу общего провода, что делает проблематичным применение таких микросхем в мостовых и полумостовых инверторах. Дело в том, что управляющие электроды "верхних" транзисторов выходных ступеней подобных инверторов находятся под большим и, как правило, переменным напряжением относительно общего провода.

Микросхемы-драйверы мостовых и полумостовых инверторов [4] из-за большой стоимости пока не получили широкого распространения среди радиолюбителей. Они предпочитают решать эту проблему по-своему, применяя, как правило, оптическую или трансформаторную развязку цепей управления [5, 6].

Однако такая развязка вовсе не обязательна. Возможная схема полумостового инвертора с цепями управления без нее показана на рис. 4. Противофазные импульсные последовательности Uy1 и Uy2 поступают от ШИ-контроллера.

Основной недостаток узла, собранного по этой схеме, состоит в том, что он работоспособен лишь при напряжении питания Uп1, не превышающем максимально допустимого напряжения между затвором и истоком полевого транзистора VT3. Дело в том, что в результате реакции активно-индуктивной или активно-емкостной нагрузки напряжение на истоке транзистора VT3 может отставать по фазе от управляющего на затворе или опережать его, что приводит к появлению кратковременных отрицательных импульсов напряжения затвор-исток, амплитуда которых достигает напряжения питания Uп1.

На рис. 5 показаны дополнительные элементы, исправляющие отмеченный недостаток. Диод VD2, открываясь при отрицательной полярности напряжения между затвором и истоком транзистора VT3, ограничивает его на очень низком, равном прямому падению напряжения на открытом диоде уровне. Избыток напряжения гасит резистор R8.

Конденсатор С1 в данном случае заряжается через диод VD1 непосредственно от источника питания. Резистор R4 (см. рис. 4), бесполезно рассеивавший довольно значительную мощность, из нового варианта узла исключен.

Литература

1. Найвельт Г. и др. Источники электропитания РЭА. Справочник. - М.: Радио и связь, 1986, с. 306-328.
2. Семенов Б. Силовая электроника для любителей и профессионалов. М.: Солон-Р, 2001, с 126-140.
3. Граф Р. Электронные схемы. 1300 примеров. - М.: Мир, 1989, с. 424.
4. International Rectifier's Shortform Catalog, 50th Anniversary Edition. March 1997, p. 136-139.
5. Дубровский А. Регулятор частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей. - Радио, 2001, № 4, с 42, 43.
6. Полей И. Преобразователь для питания бытовой аппаратуры. - Радио, 2003, № 1, с. 29-32.

Автор: В.Володин, г.Одесса, Украина

Смотрите другие статьи раздела Сварочное оборудование.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Власть является ключевым фактором счастья в отношениях 11.03.2026

Исследования семейных и романтических отношений показывают, что длительное счастье пары зависит не только от привычных факторов, таких как доверие, уважение и преданность, но и от более тонких психологических аспектов. Современные ученые ищут закономерности, которые отличают действительно счастливые пары от остальных, чтобы понять, какие механизмы поддерживают гармонию в отношениях. Группа исследователей из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге и Бамбергского университета провела опрос среди 181 пары, которые состояли в совместных отношениях более восьми лет и прожили вместе хотя бы месяц. Участники заполняли анкету, описывая различные аспекты своих отношений, включая распределение обязанностей, эмоциональную поддержку и степень вовлеченности в совместные решения. Анализ данных показал интересный паттерн: пары, где оба партнера ощущали высокий уровень личной власти, оказывались наиболее счастливыми и удовлетворенными. В данном контексте под властью понимается способност ...>>

Защищенная колонка-повербанк Anker Soundcore Boom Go 3i 11.03.2026

Компания Anker представила новую модель линейки Soundcore - колонку Soundcore Boom Go 3i, ориентированную на активное использование на улице. Новинка отличается высокой степенью защиты: корпус соответствует стандарту IP68, что обеспечивает водо- и пыленепроницаемость, а ударопрочный дизайн выдерживает падение с высоты до одного метра. За качество звука отвечает 15-ваттный драйвер, обеспечивающий пик громкости до 92 дБ, а технология BassUp 2.0 усиливает низкие частоты, делая звучание более насыщенным. Колонка обладает автономностью до 24 часов, а LED-индикатор позволяет контролировать уровень заряда батареи. Кроме того, Soundcore Boom Go 3i может выполнять функцию павербанка: согласно внутренним тестам, устройство способно зарядить iPhone 17 с нуля до 40% за один час, что делает его полезным аксессуаром в походах и поездках. Среди функциональных особенностей модели стоит выделить технологию Auracast, которая улучшает подключение и позволяет создавать стереопару из двух колонок ...>>

Раннее воздержание от алкоголя перестраивает мозг и иммунитет 10.03.2026

Алкогольная зависимость - хроническое расстройство с компульсивным употреблением спиртного, которое влияет не только на поведение, но и на функционирование мозга и иммунной системы. Недавние исследования показали, что даже на ранних этапах воздержания организм начинает перестраиваться, открывая новые возможности для терапии зависимости. Ученые сосредоточились на пациентах, находящихся в первые недели абстиненции, и зафиксировали значительные изменения в мозговой активности. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии они выявили перестройку сетей нейронных связей, отвечающих за контроль импульсов и принятие решений. Эти изменения могут быть ключевыми для восстановления самоконтроля и снижения риска рецидива. Одновременно с нейронной перестройкой исследователи наблюдали колебания иммунной системы. В крови повышался уровень цитокинов - сигнальных белков, регулирующих воспалительные процессы. Эти данные свидетельствуют о существовании нейроиммунного взаимодействия, при ...>>

Случайная новость из Архива Лазер охлаждает молекулы 05.09.2017 Очень холодные молекулы, почти не имеющие теплового движения, нужны физикам для самых различных исследований, начиная с изучения свойств самих молекул до создания квантовых компьютеров. Полагают, что при этом должны замедляться и различные реакции, что позволит изучить происходящие процессы. Однако на пути достижения сверхнизких температур природа установила целый ряд барьеров. Авторы рекордного достижения из Центра холодной материи в Имперском колледже Лондона использовали самый распространенный способ лазерного охлаждения молекул - доплеровский. Чтобы понять его механизм, вспомним, что атом поглощает и излучает фотоны с энергией, равной разности его уровней энергии. В данном методе частота лазерного излучения выбирается несколько меньше, чем нужно для поглощения. Но из-за эффекта Доплера движущийся навстречу фотону атом "видит" у того большую частоту и поглощение все же происходит. Затем возбужденный атом спонтанно излучает фотон, но уже большей частоты. Поэтому при каждом таком цикле поглощение-излучение он теряет часть своей кинетической энергии, а, значит, охлаждается. На догоняющий луч лазера атом не реагирует, так как эффект Доплера для него еще больше понижает частоту, делая поглощение невозможным. Несколько лазерных лучей, идущих в разных направлениях, замедляют атомы при любом направлении их движения. Создается впечатление, что атомы движутся в вязкой жидкости вроде меда или патоки. Такой метод охлаждения и получил название "оптической патоки". Однако таким способом нельзя охладить молекулы и атомы до температур ниже, чем несколько сотен микрокельвинов. Дело в том, что из-за соотношения неопределенностей поглощаются фотоны не одной частоты, а целого диапазона частот. Физики говорят, что спектральная линия имеет ширину. Но тогда при низких скоростях атомов будут поглощаться фотоны с обоих направлений, и метод перестанет работать. Температура, при которой это происходит, получила название доплеровского предела.

Другие интересные новости:

▪ Занятия музыкой способствуют успехам в учебе

▪ Самая высокая автономная овощная ферма

▪ DC/DC-преобразователи TEQ 20/40WIR

▪ Гоночная машина будущего

▪ Ученые считают, что глобальное потепление стало необратимым

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электричество для начинающих. Подборка статей

▪ статья Государственная политика защиты окружающей среды. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Что такое гормон? Подробный ответ

▪ статья Мускатник душистый. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Промышленное использование солнечного тепла. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Загадка конфетти. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026